[發明專利]一種儲層條件下水力壓裂縫網演化過程的實時可視化監測實驗裝置和方法

有效

• 申請號: 202111345360.1
• 申請日: 2021-11-12
• 公開（公告）號: CN114165204B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 張立松;李文杰;蔣夢罡;陳邵穎;王偉;孫致學
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B47/00;E21B47/002
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 段雅靜

本發明涉及一種儲層條件下水力壓裂縫網演化過程的實時可視化監測實驗裝置和方法。所述裝置包括主體結構、圍壓加載結構、壓裂液泵注結構、縫網起裂瞬時定位結構和縫網延伸實時監測結構；所述主體結構中水泥外殼外接有圍壓加載結構，圍壓加載結構中設有球形滑道?滾珠結構；所述縫網起裂瞬時定位結構設有半導體纖維絲；所述縫網延伸實時監測結構設有電磁波脈沖探頭、雷達回波分析器。本發明實現試樣內縫網起裂位置在試樣表面的投影定位，縫網起裂瞬時定位結構輔助縫網延伸實時監測結構共同完成水力壓裂縫網演化過程的實時可視化監測，解決了水力壓裂縫網演化過程無法實時可視化監測的問題，實現水力壓裂縫網起裂位置處裂縫寬度的預測。

技術領域

本發明屬于石油天然氣開發工程領域，涉及一種儲層條件下水力壓裂縫網演化過程的實時可視化監測實驗裝置和方法。

背景技術

水力壓裂是常規/非常規油氣開發最常用的技術，該技術形成的壓裂縫網對低滲透儲層改造具有重要工程價值。然而，現階段缺少水力壓裂縫網演化(包括縫網起裂和縫網延伸)的監測技術，無法實時可視化縫網演化過程，極大限制了水力壓裂縫網模型的發展和縫網壓裂工藝的優化。目前，在現場施工過程中，微地震是最常用的水力壓裂縫網演化監測技術，然而微地震監測受眾多地下因素影響，監測數據呈現明顯的離散狀態，難以保證縫網演化過程的監測精度。另外，已有學者通過研發實驗裝置在實驗室內開展巖樣尺度的水力壓裂實驗，如一種真三軸水力壓裂實驗裝置和水力壓裂試驗方法(CN111257129A)、一種三軸多裂紋水力壓裂實驗裝置(CN209145580U)、一種含溫控系統的大尺寸真三軸水力壓裂實驗機及其實驗方法(CN107907422A)，然而上述實驗也不能實時可視化縫網演化全過程，僅能在實驗結束后剖開巖樣獲取水力壓裂縫網最終形態。值得注意的是，水力壓裂縫網的最終形態不同于水力壓裂縫網演化的全過程。上述分析表明，無論是現場環境還是實驗室環境，均難以實現水力壓裂縫網演化過程(包括縫網起裂和縫網延伸)的實時可視化監測。鑒于以上問題，研發一種儲層條件下水力壓裂縫網演化過程的實時可視化監測實驗裝置已迫在眉睫。

發明內容

針對現有裝置中存在的一些不足，本發明提供了一種儲層條件下水力壓裂縫網演化過程的實時可視化監測實驗裝置和方法。

本發明所采用的技術方案是：一種儲層條件下水力壓裂縫網演化過程的實時可視化監測實驗裝置，所述裝置包括主體結構、圍壓加載結構、壓裂液泵注結構、縫網起裂瞬時定位結構和縫網延伸實時監測結構；

所述主體結構由試樣、井筒、水泥外殼構成，優選的試樣為60cm×60cm×60cm的立方體，水泥外殼緊密包裹試樣，優選的水泥外殼和試樣構成1m×1m×1m的立方體；井筒豎直穿過水泥外殼固定插入試樣正中間。

水泥外殼外接有圍壓加載結構，由液壓裝置、加厚鋼板、剛性壓板、柔性壓板、球形滑道和滾珠構成；水泥外殼的四個側面緊貼剛性壓板，頂面和底面緊貼柔性壓板；剛性壓板與剛性壓板之間通過“球形滑道-滾珠”結構實現相互垂直錯動，柔性壓板可在剛性壓板擠壓下發生形變適應巖樣形變；壓板外側固定有液壓裝置，負責推動壓板施加圍壓；液壓裝置固定在加厚鋼板上，加厚鋼板與地面固定連接。

根據本發明，所述“球形滑道-滾珠”結構由球形滑道和滾珠構成，剛性壓板頂部設有滾珠，底部設有球形滑道，滾珠和球形滑道可互扣連接；通過滾珠和球形滑道將剛性壓板與剛性壓板垂直互扣連接，側面剛性壓板在液壓裝置的推動下利用“球形滑道-滾珠”結構發生相互垂直錯動和移動施加水平圍壓，頂部和底部柔性壓板在液壓裝置的推動下施加軸向圍壓。

所述井筒與增壓泵、壓裂液儲集箱、耐壓高強度螺栓、管道、注液閥門、加熱器構成壓裂液泵注結構，管道串聯增壓泵、壓裂液儲集箱、注液閥門和井筒，增壓泵負責將壓裂液儲集箱中的壓裂液通過管道泵入井筒；壓裂液儲集箱中設有加熱器負責壓裂液加熱；注液閥門負責控制壓裂液流動；管道通過耐壓高強度螺栓與井筒進行連接。